Основные понятия и определения. Деталь — часть машины, изготовленная из однородного материала без применения сборочных операций

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

И ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ

Деталь — часть машины, изготовленная из однородного материала без применения сборочных операций. Детали могут быть простые (гайка, шпонка и т.п.) и сложные (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т.п.).

Детали бывают общего и специального назначения.

Сборочная единица –изделие, получаемое из деталей с помощью сборочных операций.

Узел – законченная сборочная единица, состоящая из деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник, узел опоры).

Механизм – кинематическая цепь, для передачи и преобразования движения (например, кривошипный механизм). Механизм состоит из деталей и узлов.

Машина – механизм или комплекс механизмов, предназначенные для выполнения требуемой полезной работы (преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения труда). Всякая машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного механизма. Управление машиной требует присутствия оператора.

Автомат – машина, работающая по заданной программе без оператора.

Робот – машина, имеющая систему управления, позволяющей ей самостоятельно принимать исполнительские решения в заданном диапазоне.

1.1.1 Классификация деталей машин

Детали машин изучают детали, узлы и механизмы общего назначения (болты, винты, валы, оси, подшипники, муфты, механические передачи и т.п.), т.е., которые применяются во всех механизмах.

Детали и узлы машин классифицируют на типовые группы по характеру их использования:

· Передачи – передают движение от источника к исполнительным механизмам;

· Валы и оси – несут на себе вращающиеся детали передач;

· Опоры – служат для установки валов и осей;

· Муфты – соединяют между собой валы и передают вращающей момент;

· Соединительные детали (соединения) – соединяют детали между собой.

· Упругие элементы – смягчают вибрацию, рывки и удары, накапливают энергию, обеспечивают постоянное сжатие деталей;

· Корпусные детали – организуют внутри себя пространство для размещения остальных деталей и узлов, обеспечивают их защиту.

1.1.2 Проектирование и конструирование

Процесс разработки машин называется проектированием. Он заключается в создании прообраза объекта, представляющего в общих чертах его основные параметры.

Под конструированием понимают весь процесс от идеи до изготовления машины. Цель и конечный результат конструирования – создание рабочей документации, по которой можно без участия разработчика изготавливать, эксплуатировать, контролировать и ремонтировать изделие.

Конструирование машин – творческий процесс. Главная задача конструирования – создание изделий, наиболее выгодных с экономической точки зрения. Другими словами – создание изделий, обеспечивающих выполнение определенных функций (полезной работы с требуемой производительностью), при наименьших затратах на их изготовление, эксплуатацию, обслуживание и утилизацию этих изделий по окончании срока эксплуатации.

Приступая к конструированию, проектировщик должен четко обозначить три позиции:

1. Исходные данные – любые объекты и информация, относящиеся к делу («что мы имеем?»);

2. Цель – ожидаемые конечные результаты, величины, документы, объекты («что мы хотим получить?»);

3. Средства достижения цели – методики проектирования, расчетные формулы, инструментальные средства, источники информации, конструкторские навыки, опыт («что и как делать?»).

Тщательный анализ этой информации позволит проектировщику правильно выстроить логическую цепочку «Задание – Цель – Средства» и максимально эффективно выполнить проект.

Основные особенности конструирования:

· многовариантность решения любой задачи. Одну и ту же задачу при проектировании обычно можно решить множеством способов. Производится сопоставление конкурирующих вариантов и выбор одного из них – оптимального на основе определенных критериев (масса, цена, технологичность);

· согласование принимаемых решений с общими и специфическими требованиями, предъявляемые к конструкции, а также с требованиями ГОСТов (регламентирующих не только конструкцию, размеры и применяемые материалы, но и термины, определения, условные обозначения, систему измерения, методы расчета и т.д.);

· согласование принимаемых решений с существующим уровнем технологии изготовления деталей.

Требования, предъявляемые к конструкции, могут быть, как предъявляемые заказчиком, так и требования, формулируемые на основе анализа условий изготовления, эксплуатации, обслуживания, утилизации, а также требований нормативных документов.

1.1.3 Основные требования к конструкции деталей машин.

При проектировании машины или механизма от проектировщика, кроме функциональности, требуется обеспечить надежность и экономичность.

Функциональность –способность соответствовать своему назначению. Критерии функциональности: Мощность, производительность, коэффициент полезного действия, габариты, энергоемкость, материалоемкость, точность, плавность хода и т.п.

Надежность – свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность, т.е. способность выполнять свои функции, сохраняя заданные показатели в течение заданного периода времени. Надежность бывает прочностная и триботехническая (износовая).

Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основные критерии надежности: прочность, жесткость, износоустойчивость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, для ходовых винтов — износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают, в основном, выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным критериям.

Прочность обычно является главным критерием работоспособности большинства деталей. Деталь не должна разрушаться или получать остаточные деформации под влиянием рабочей нагрузки. Следует помнить, что разрушение частей машины может привести не только к простоям, но и к несчастным случаям.

Условие прочности: Напряжения в материале детали не должны превышать допускаемые:

, .

В некоторых случаях проверку прочности удобнее проводить по определению коэффициента запаса прочности:

, .

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Например, недостаточная жесткость валов в редукторах приводит к их прогибу, что ухудшает качество зацепления зубчатых колес и условия работы подшипниковых узлов.

Условие жесткости: Перемещения точек детали (деформация) под воздействием рабочих нагрузок не должна превышать разрешенной величины, которая определяется условиями нормальной работы. Например, стрелка прогиба балки не должна превышать допускаемой величины:

.

Угол закручивания вала не должен превышать допускаемой величины:

.

Износостойкость.Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, направляющих, в зубчатых зацеплениях, в цилиндрах поршневых машин, а это снижает качественные характеристики машин – мощность, к.п.д., надежность, точность. Детали, изношенные больше нормы бракуют и заменяют при ремонте. При современном уровне техники 85-90% машин выходят из строя в результате изнашивания и только 10-15% по другим причинам.

Условие износостойкости: Давление на трущихся поверхностях не должно превышать допускаемой величины:

.

Коррозионная стойкость.Коррозия – процесс разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций. Из-за коррозии ежегодно теряется до 10% объема выплавляемого металла. Для защиты от коррозии применяют антикоррозийные покрытия (никелирование, цинкование, воронение, кадмирование, покраска) или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов (нержавеющая сталь, цветные металлы, пластмассы).

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать: понижение прочности материала и появление ползучести, понижение защищающей способности масляных пленок, и, следовательно, увеличение износа, изменение зазоров в сопряженных деталях, что может привести к заклиниванию или заеданию. Чтобы избежать вредных последствий, проводят тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение).

Виброустойчивость. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин, например точность обработки металлорежущих станков и качество обрабатываемой поверхности. Кроме того, появляется дополнительный шум. Наиболее опасны резонансные колебания.

Кроме критериев надежности при проектировании к деталям предъявляются следующие требования:

Экономичность. Конструкция машины, форма и материал ее деталей должны быть такими, чтобы обеспечить минимальную стоимость ее изготовления, эксплуатации, обслуживания, утилизации.

Технологичность изготовления. Форма и материал деталей должны быть такими, чтобы изготовление детали требовало минимальных затрат труда, времени, средств.

Безопасность. Конструкция деталей должна обеспечивать безопасность персонала при изготовлении, эксплуатации и обслуживании машины.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Электронная библиотека

Детали машин и основы конструирования – это первый из расчетно-конструк-торских курсов, в котором рассматриваются основы проектирования и конструирования машин и механизмов

Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Машина – это устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда. Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь – это часть машины (механизма), изготавливаемая без сборочных операций. Различают простые (гайка, шпонка и т.д.) и сложные (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т.д.) детали. Детали частично или полностью объединяются в узлы.

Узел – это законченная сборочная единица, состоящая из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение. Различают простые и сложные узлы. Сложные узлы могут включать в себя несколько простых узлов или подузлов. Например, редуктор включает в себя такие простые узлы, как подшипники качения, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т.д. Если рассматривать привод машины в целом, то он включает в себя такие узлы, как электродвигатель, редуктор, приводные муфты, вал рабочей машины и т.д.

Среди деталей и узлов различают детали и узлы, которые используются практически во всех машинах и механизмах и называются деталями (узлами) общего назначения. Данные детали и узлы изучаются в курсе «Детали машин и основы конструирования». К ним относятся механические передачи (зубчатые, цепные, ременные, волновые, винтовые), подшипники качения и скольжения, валы и оси, приводные муфты, крепежные детали (болты, гайки, шпонки) и т.д. (рис. 1.1)

Рис. 1.1. Детали и узлы общего назначения

Остальные детали и узлы, которые применяются в одном или нескольких типах машин, относятся к деталям или узлам специального назначения. Данные детали и узлы

изучают в специальных курсах. К ним относятся, например, поршни, лопатки турбин, гребные винты и т.д.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Детали машин

Детали машин и механизмов — основные положения

Задачи раздела «Детали машин»

Курс учебной дисциплины «Детали машин» рассматривает основы расчета и конструирования деталей, узлов и агрегатов, встречающихся в различных машинах и механизмах.
Учебными программами среднего профессионального образования предмет «Детали машин» рассматриваются и изучаются, как раздел учебной дисциплины «Техническая механика», куда входят, также, «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов». В технических и строительных ВУЗах эти предметы изучаются более углубленно и преподаются как самостоятельные учебные дисциплины.

Детали машин должны удовлетворять двум основным условиям: надежности и экономичности. Под экономичностью понимают минимально необходимую стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации.

Понятия и определения раздела «Детали машин»

Предмет «Детали машин» оперирует следующими основными понятиями и определениями:

Машина (от латинского machina) — механическое устройство, выполняющее движения с целью преобразования энергии, материалов или информации. Основное назначение машин — частичная или полная замена производственных функций человека с целью повышения производительности, облегчения человеческого труда или замены человека в недопустимых для него условиях работы.

В зависимости от выполняемых функций машины делятся на энергетические, рабочие (транспортные, технологические, транспортирующие), информационные (вычислительные, шифровальные, телеграфные и т.п.), машины-автоматы, сочетающие в себе функции нескольких видов машин, включая информационные.

Агрегат (от латинского aggrego — присоединяю) — укрупненный унифицированный элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топливоподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенные функции в процессе работы машины.

Механизм — искусственно созданная система материальных тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое (необходимое) движение других тел. Примерами механизмов могут служить различные редукторы, коробки передач автомобилей, тракторов и т. п.

Прибор — устройство, предназначенное для измерений, производственного контроля, управления, регулирования и других функций, связанных с получением, преобразованием и передачей информации.

Сборочная единица (узел) — изделие или часть его (часть машины), составные части которого подлежат соединению между собой (собираются) на предприятии изготовителе (смежном предприятии).
Сборочная единица имеет, как правило, определенное функциональное назначение.

Деталь — наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата, механизма, прибора, узла, т. е. деталь — это часть машины, которую изготовляют без сборочных операций.

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные.
Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологических операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия — болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.).

Узлы и детали общего назначения применяются в большинстве современных машин и приборов (крепежные детали: болты, винты, гайки, шайбы; зубчатые колеса, подшипники качения и т.п.). Их изготовляют ежегодно в больших количествах (в одном легковом автомобиле более пяти тысяч различных типов деталей, более тридцати подшипников), поэтому знание основных методов расчета, правил и норм проектирования, подтвержденных статистикой эксплуатации, очень важно для конструкторской подготовки.
Именно такие детали изучаются в курсе деталей машин.

Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изготовлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

К узлам и деталям специального назначения относятся такие узлы и детали, которые входят в состав одного или нескольких типов машин и приборов (например, поршни и шатуны ДВС, лопатки турбин газотурбинных двигателей, траки гусениц тракторов, танков и БМП) и изучаются в соответствующих специальных курсах (например, таких как «Теория и конструкция ДВС», «Конструкция и расчет гусеничных машин» и др.).

Классификация узлов и деталей по назначению

По функциональному назначению узлы и детали делятся на:

Корпусные детали , предназначенные для размещения и фиксации подвижных деталей механизма, для их защиты от действия неблагоприятных факторов внешней среды, а также для крепления механизмов в составе машин и агрегатов. Часто, кроме того, корпусные детали используются для хранения эксплуатационного запаса смазочных материалов.

Соединительные детали для разъемного и неразъемного соединения (например, муфты – устройства для соединения вращающихся валов; болты винты шпильки гайки – детали для разъемных соединений; заклепки – детали для неразъемного соединения).

Передаточные механизмы и детали , предназначенные для передачи энергии и движения от источника (двигателя) к потребителю (исполнительному механизму), выполняющему необходимую полезную работу.
В курсе «Детали машин» рассматриваются в основном передачи вращательного движения: фрикционные, зубчатые, ременные, цепные и т.п. Эти передачи содержат большое число деталей вращения: валы, шкивы, зубчатые колеса и т.п.
Иногда возникает необходимость передавать энергию и движение с преобразованием последнего, например, вращательного в поступательное и наоборот. В таких случаях используются кулачковые, реечные и рычажные механизмы.

Упругие элементы предназначены для ослабления ударов и вибрации или для накопления энергии с целью последующего совершения механической работы (рессоры колесных машин, противооткатные устройства пушек, боевая пружина стрелкового оружия).

Инерционные детали и элементы предназначены для предотвращения или ослабления колебаний (в линейном или вращательном движениях) за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии (маховики, противовесы, маятники, бабы, шаботы).

Защитные детали и уплотнения предназначены для защиты внутренних полостей узлов и агрегатов от действия неблагоприятных факторов внешней среды и от вытекания смазочных материалов из этих полостей (пыльники, сальники, крышки, рубашки и т.п.).

Детали и узлы регулирования и управления предназначены для воздействия на агрегаты и механизмы с целью изменения их режима работы или его поддержания на оптимальном уровне (тяги, рычаги, тросы и т.п.).

Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, являются требования работоспособности и надежности.
К деталям, непосредственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования эргономичности и эстетичности.
Еще одно важное требование, предъявляемое к машинам и их деталям – технологичность конструкции, которая характеризуется наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте.

Объекты изучения раздела «Детали машин»

Предмет Детали машин изучает следующие объекты и составляющие звенья конструкций:

Соединения и детали соединений .
Соединения разделяют на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения допускают многократную переборку. Их основные типы: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые, на закрепительных конических втулках.
Неразъемные соединения не допускают многократной переборки. Для разборки такого соединения его нужно разрушить. Основные типы: сварные, клеевые, паяные, заклепочные, соединения с натягом. Последние относят к неразъемным условно, так как они позволяют проводить сборку и разборку, но не многократно.

Детали передач. В курсе рассматривают механические передачи: зубчатые, планетарные, волновые, червячные, фрикционные, ременные, цепные, винт-гайка и некоторые другие.

Детали, обслуживающие вращательное движение – валы и оси, подшипники качения и скольжения, муфты приводов.

При изучении каждого из объектов рассматривается:

• Назначение объекта (передачи, муфты, соединения).
• Описание конструкции и принципа действия (работы).
• Области применения.
• Сравнительные достоинства и недостатки.
• Условия работы и действующие нагрузки.
• Характер и причины отказа – критерии работоспособности.
• Применяемые материалы и сведения о технологии изготовления.
• Методы расчета и конструирования (составление расчетной схемы; проектировочный и (или) проверочный расчет по основным критериям работоспособности; рекомендации по конструированию).
• Направления совершенствования конструкции и методов расчета.

При выполнении курсового проекта дополнительно изучают проектирование корпусных деталей (корпусов, рам, плит), деталей смазывающих устройств, упругих элементов и др.